JP3684418B2 - スライディングノズル用詰め物及びそれを用いた取鍋の受鋼方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶鋼の取鍋に設置されたスライディングノズル（溶鋼流量制御装置）に充填する詰物に関するものであり、より詳しくは２層充填される詰物の上層に用いられる詰物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
取鍋の底部には溶鋼流量を制御するためのスライディングノズルが設けられている。図１は、スライディングノズルの概略構成を示す断面図である。図中(1)はノズル受けレンガ（羽口レンガ）、(2)は上部ノズル、(3)は固定板、(4)は摺動板、(5)は下部ノズルである。
【０００３】
溶鋼がノズル内で冷却固化してしまうのを防止するために、取鍋のスライディングノズル内には溶鋼を入れる前に予め詰め物を充填しておく。
【０００４】
摺動板(4)をスライドさせ、上部ノズル(2)と下部ノズル(5)の開口を一致させると、詰め物は下部ノズル(5)を通って落下し、ノズルが自然開口される。開口されたスライディングノズルからは取鍋内の溶鋼が流出する。
【０００５】
上記の詰め物としては、珪砂、珪砂に長石を混合したもの（特公昭55-18194号）、低純度珪砂と高純度珪砂を混合したもの（特開昭62-176670号）、クロマイト，クロマイトに珪砂を混合したもの（特開平6-71424号,特開平7-308763号）、カルシウム・アルミネート質クリンカーを使用したもの（特開平8-300143号）等がある。
【０００６】
スライディングノズル用詰め物は適度に膨張することにより詰め物の粒子間に溶鋼が侵入することを防止し、焼結層の厚さ強度を適度に調節できることが求められる。詰め物の粒子間に溶鋼が多く侵入して焼結層の厚さ強度が溶鋼の自重に耐えるものとなると、自然開口できなくなるからである。
【０００７】
詰め物が落下せず、スライディングノズルが自然開口しない場合（詰物が詰まったままの場合）は、酸素ランスによる洗浄を行って詰め物を溶融させて除去して開口する方法がとられることが多い。
【０００８】
しかし、酸素ランスによる洗浄作業は噴射する酸素による溶鋼の酸化等の問題があり、作業にも危険が伴う。そこで、自然開口の成功率が高くなるように、種々の詰物が提案されている。
【０００９】
しかしながら、従来の１層充填方式の詰め物では溶鋼と接触する上部は詰め物が適度に膨張して粒子間の透き間を塞ぎ、溶融ガラス化することにより焼結し、溶鋼の侵入を防ぎ適度な焼結層を形成することが困難で、下部は熱により膨張，焼結すると詰め物の体積増加によりノズル内で詰め物が突っ張って自然開口しにくくなったり、ノズルの破損を招くおそれもあり好ましくない。
【００１０】
したがって、詰め物の上部と下部に要求される相反する条件を満たすために、詰め物を溶鋼と接触する上層と、その下方に位置する下層との２層構造とし、各層に異なる性質の詰め物を用いる２層充填方式が用いられるようになってきた。すなわち、膨張，焼結しにくい耐火度の高い詰め物を先に充填して下層となし、その上に焼結層を形成する耐火度の低い詰め物を上層として充填するのである。
【００１１】
例えば、上層用の詰め物は長石，蝋石あるいはガラスカレットなど珪砂よりも低融点の物を詰め物に適量加えることにより、詰め物自体の熔融点を引き下げ、早期にガラス化し焼結層を形成させようとする提案（特開平6-71423号）がなされている。又、珪砂中に含まれるアルカリ成分の含有量が低い珪砂を下層用に用い、珪砂中に含まれるアルカリ成分の含有量が高い珪砂を上層用に用いられることがある。
【００１２】
ところで、操業面において取鍋は溶鋼の受鋼前に予め溶鋼の温度が低下しないように1000℃〜1200℃で予熱されているが、長石，蝋石などの溶融温度は単体でも各々1220〜1550℃、1650〜1750℃であり、いずれも予熱温度ではガラス化し焼結層を形成することなく、また珪砂との混合物では溶融温度は更に高く、予熱温度では焼結層は形成されない。
【００１３】
ガラスカレットを詰め物に混ぜて使用した場合は、塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が高く溶融後の粘度が大きいので流動性が低く、詰め物粒子間のガラス化が不完全になり易いという問題があった。
【００１４】
珪砂中に含まれるアルカリ成分の含有量が高い珪砂にあっては、含有するアルカリ成分が１〜３wt%程度の範囲であり、珪砂の溶融温度が一般的に1700℃以上であることから予熱温度では焼結層を形成しない。
【００１５】
従来から用いられてきたクロマイト，アルミナ，マグネシア，カルシア等の高耐火物は溶融温度が溶鋼の温度である1550℃〜1650℃よりも高く、焼結しにくい性質のため、２層充填方式で下層用詰め物としては適しているが、上層用詰め物または従来の１層式充填方式に用いた場合には溶鋼温度で膨張せず、詰め物粒子間に容易に侵入して凝固し、詰め物と強固な溶融シェルを形成してしまい、自然開口が困難になる。
【００１６】
また、これらの高耐火物を珪砂中に混合した物については、珪砂との比重差から混合が困難で偏析を生じやすく、２層充填式の下層として用いるのには使用できるが、２層充填式の上層や１層充填式では望まれる性能が得られないという問題点がある。
【００１７】
したがって、これらの詰め物を上層として用いると、取鍋に溶鋼を受鋼すると詰め物の巻込みによる溶鋼の汚染を生じ易いだけでなく、詰め物の粒子間への溶鋼の侵入を十分に防止することができず、自然開口しにくくなる。
【００１８】
このような現状に鑑み、自然開口率が高く、溶鋼への混入が少ない上層用詰め物について種々検討した結果、取鍋に溶鋼を受鋼する前の予熱温度で、ガラス化して焼結層を形成する上層用詰め物が有効であることを見出した。すなわち、上層用詰め物が予熱温度で焼結層を形成すれば、溶鋼受鋼時又は取鍋内での溶鋼対流による詰め物の溶鋼内への巻込みを少なくし、鋼の清浄化を図ることができる。また、詰め物粒子間への溶鋼の侵入による強固な溶融シェルの形成を防止し、自然開口率が向上させることができる。
【００１９】
図２はスライディングノズルに詰め物を充填し、取鍋の予熱により上層用詰め物がガラス化して焼結層を形成した後に溶鋼を入れた状態を示した図であり、(6)は上層用詰め物、(7)は下層用詰め物である。(8)は溶鋼の地金シェルである。(9)は溶融層、(10)は焼結層である。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、スライディングノズル用詰め物において、２層充填方式の上層用詰物として、自然開口の成功率を高めると共に、溶鋼の汚染を抑制するために、取鍋の予熱温度でガラス化して焼結層を形成する詰め物と、それを用いた取鍋の受鋼方法を提供することが課題となる。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
ＳｉＯ₂を８０ｗｔ％以上含有する珪砂６５〜９０ｗｔ％と、平均粒子径が０．１〜３．０ｍｍ，見掛け嵩比重が０．５以上，溶融温度１１５０℃以下の球状に造粒された顆粒状成型物との混合物よりなるスライディングノズル用詰め物であって、顆粒状成型物はＣａ０とＳｉＯ ₂ とを主成分として球状に造粒されており、顆粒状成型物に含まれるフッ素化合物の含有量が１ｗｔ％以上であることを特徴とする。
【００２３】
又は、ＳｉＯ₂を８０ｗｔ％以上含有する珪砂６５〜９０ｗｔ％と、平均粒子径が０．１〜３．０ｍｍ，見掛け嵩比重が０．５以上，溶融温度１１５０℃以下の球状に造粒された顆粒状成型物との混合物よりなるスライディングノズル用詰め物であって、
該顆粒状成型物はＣａ０とＳｉＯ₂を主成分とし、Ｃａ０／ＳｉＯ₂が０．５以上１．５以下で、珪砂中のアルカリ成分の含有量が３ｗｔ％以上で、フッ素化合物の含有量が１ｗｔ％以上で、カーボンの含有量が０．２ｗｔ％以上である
ことを特徴とするスライディングノズル用詰め物。
【００２５】
上記において珪砂中のＳｉＯ₂の含有量を８０ｗｔ％以上としたのは、珪砂として一般的に使用される山砂，川砂，珪石，海砂等に含まれるＳｉＯ₂の含有量は８０ｗｔ％以上であるからである。
【００２６】
珪砂の配合割合を６５〜９５ｗｔ％としたのは、珪砂の配合割合が６５ｗｔ％未満では顆粒状成型物の配合割合が多くなり、顆粒状成型物中に含まれるアルカリ成分による粒子間のガラス化が進行し過ぎ、逆に９５ｗｔ％を越える顆粒状成型物の配合割合が少なくなりガラス化が不十分となるからである。
【００２７】
珪砂としてはＳｉＯ₂の含有量が８０ｗｔ％以上の山砂，川砂，珪石，海砂等が利用できる。
【００２８】
珪砂中のアルカリ成分の含有量を３ｗｔ％以上としたのは、３ｗｔ％未満では1550℃〜1650℃の溶鋼条件ではガラス化による溶鋼の粒子間への侵入防止効果が十分得られないためである。本発明において珪砂中のアルカリ成分とは（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋Ｌｉ₂Ｏ）のアルカリ金属酸化物のことである。
【００２９】
顆粒状成型物において、骨材（カーボン）の含有量を０．２％以上としたのは、０．２％未満では顆粒状成型物の溶融速度が速くなり、詰め物が過焼結し易く高い自然開口率が望めないからである。
【００３０】
顆粒状成型物は粒度調整した原粉末を混合し、公知の方法により造粒して製造するが、形状としてはスライディングノズルへの充填性から球状とした。
【００３１】
成型物を顆粒状としたのは粉状では珪砂との粒度差から混合が難しく、偏析し、過焼結になり易く、スライディングノズル内で突っ張りを起こし易くなり開口性が低くなるからである。ここに粒度を０．１ｍｍ〜３．０ｍｍとしたのは珪砂の粒度が通常０．５〜３．０ｍｍの範囲で使用されることから、偏析が起こりにくい範囲としたためである。また、成型物の粒度が０．１ｍｍ未満になると混合作業時に大量の粉塵が発生し、周囲の環境を損ねることがあり、反対に３．０ｍｍ以上になると粒子間の空隙率が大きくなりすぎ、粒子間への溶鋼の侵入を招くおそれがある。
【００３２】
顆粒状成型物中に含まれるフッ素化合物は溶融温度を引き下げ、溶融後の流動性を高める手段として添加している。フッ素化合物としては、例えばＣａＦ₂，ＮａＦ，Ｎａ₃ＡｌＦ₆，ＭｇＦ₂，ＡｌＦ₃，ＢａＦ₂等がある。フッ素化合物の含有量を１ｗｔ％以上としたのはフッ素化合物が強力な還元剤であり、Ｆ^-がＳｉＯ₂と反応してＳｉＦ₄になると膨張により溶融温度を引き下げることができるためである。フッ素化合物の含有量が１ｗｔ％未満では詰め物が膨張し始め焼結に至る温度600〜1200℃では膨張による溶融の効果がほとんど見られない。
【００３３】
溶融温度を1150℃以下としたのは、溶融温度が1150℃を越える詰め物では粒子間に伝わるガラス化の速度が遅く、取鍋での予熱温度において焼結しないからである。
【００３４】
見掛け嵩比重を０．５以上としたのは、０．５未満になると珪砂の嵩密度が通常１．２〜１．６程度であることから、混合時に比重差により混合容器内で浮いてしまい、珪砂との混合が困難となるからである。
【００３５】
尚、下層用の詰め物としては従来から用いられていた膨張，焼結しにくい耐火度の高い詰め物ものを利用できる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。
［実施例１］
スライディングノズルに上下２層の詰め物を充填する２層充填方式とする。
【００３７】
本実施例の上層詰め物は粒度が０．５〜２．０ｍｍで、珪砂中のアルカリ成分の範囲が１．５〜２．０ｗｔ％とした川砂にカーボンを３ｗｔ％添加したもの（以下「基礎珪砂」という）に、顆粒状成型物(A)を２５ｗｔ％配合し，混合したものである。
【００３８】
ここに、顆粒状成型物(A)はＣａ０とＳｉＯ₂を主成分とし（Ｃａ０／ＳｉＯ₂≒１．０５）、珪砂中のアルカリ成分の範囲が１２．０〜１３．０ｗｔ％、溶融温度１１５０℃に調整した後、造粒を行い粒度範囲を０．１〜２．０ｍｍとしたものである。
【００３９】
本実施例における上層詰め物の化学成分を表１に示す。
【表１】

尚、表中のＴ・Ｃはカーボンの量（トータル・カーボン）を意味する。
【００４０】
下層詰め物は、粒度が０．５〜２．０ｍｍで、珪砂中のアルカリ成分の範囲が１．３〜１．５ｗｔ％に調整した山砂に対してカーボンを３ｗｔ％添加したものを用いた。
【００４１】
［実施例２］
実施例１と同様に２層充填方式とし、下層詰め物は実施例１と同じものを用いた。
【００４２】
本実施例の実施例１における「基礎珪砂」に、顆粒状成型物(B)を２５ｗｔ％配合し，混合したものである。
【００４３】
ここに、顆粒状成型物(B)はＣａ０とＳｉＯ₂を主成分とし（Ｃａ０／ＳｉＯ₂≒０．８４）、珪砂中のアルカリ成分の範囲が１４．０〜１５．０ｗｔ％、溶融温度１０８０℃に調整した後、造粒を行い粒度範囲を０．１〜２．０ｍｍとしたものである。
【００４４】
本実施例における上層詰め物の化学成分を表２に示す。
【表２】

【００４５】
［比較例１］
実施例１と同様に２層充填方式とし、下層詰め物は実施例１と同じものを用いた。
【００４６】
上層詰め物は実施例１における「基礎珪砂」を（他に何も配合せずに）そのまま用いている。本比較例における上層詰め物の化学成分を表３に示す。
【表３】

【００４７】
［比較例２］
実施例１と同様に２層充填方式とし、下層詰め物は実施例１と同じものを用いた。
【００４８】
上層詰め物は実施例１における「基礎珪砂」に粉末パウダーを２５ｗｔ％配合し混合したものである。粉末パウダーは粒度が０．１ｍｍ以下であり、Ｃａ０とＳｉＯ₂を主成分とし（Ｃａ０／ＳｉＯ₂≒１．０７）、珪砂中のアルカリ成分の範囲が３．５〜４．０ｗｔ％、溶融温度１１８０℃に調整されている。
【００４９】
本比較例における上層詰め物の化学成分を表４に示す。
【表４】

【００５０】
［試験］
上記の実施例１，実施例２，比較例１，比較例２について、開口性の試験を行った。結果を表５に示す。
【００５１】
【表５】

【００５２】
表５における自然開口性の判断基準は、８，０００回の計測において自然開口の成功率が９５％未満のものを「不良」、９５％以上９７％未満のものを「やや不良」、９７％以上９９％未満のものを「良」、９９％以上のものを「優良」とした。
【００５３】
試験結果から明らかなように、本発明の実施例では高い自然開口率を得ることができた。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により自然開口率の高いスライディングノズル用詰め物を提供することができ、効率よく操業することができる。又、不開口に伴う溶鋼の品質の劣化や、開口のための危険な作業の必要性を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スライディングノズルの構成を示した図。
【図２】スライディングノズルに詰め物を充填し、取鍋を予熱後に溶鋼を入れた状態を示した図。
【符号の説明】
(1) ノズル受けレンガ（羽口レンガ）
(2) 上部ノズル
(3) 固定板
(4) 摺動板
(5) 下部ノズル
(6) 上層用詰め物
(7) 下層用詰め物
(8) 溶鋼の地金シェル
(9) 溶融層
(10) 焼結層

Claims (2)

1. ＳｉＯ ₂ を８０ｗｔ％以上含有する珪砂６５〜９０ｗｔ％と、平均粒子径が０．１〜３．０ｍｍ，見掛け嵩比重が０．５以上，溶融温度１１５０℃以下の顆粒状成型物との混合物よりなるスライディングノズル用詰め物であって、顆粒状成型物はＣａ０とＳｉＯ ₂ を主成分として球状に造粒されており、顆粒状成型物に含まれるフッ素化合物の含有量が１ｗｔ％以上であることを特徴とするスライディングノズル用詰め物。
2. ＳｉＯ₂を８０ｗｔ％以上含有する珪砂６５〜９０ｗｔ％と、平均粒子径が０．１〜３．０ｍｍ，見掛け嵩比重が０．５以上，溶融温度１１５０℃以下の球状に造粒された顆粒状成型物との混合物よりなるスライディングノズル用詰め物であって、該顆粒状成型物はＣａ０とＳｉＯ₂を主成分とし、Ｃａ０／ＳｉＯ₂が０．５以上１．５以下で、珪砂中のアルカリ成分の含有量が３ｗｔ％以上で、フッ素化合物の含有量が１ｗｔ％以上で、カーボンの含有量が０．２ｗｔ％以上であることを特徴とするスライディングノズル用詰め物。

Images